I buchi neri sono la fonte dell’energia oscura?

Le misurazioni di galassie antiche e dormienti mostrano che i buchi neri crescono più del previsto, in linea con quanto previsto da Einstein. Ciò implicherebbe il fatto che gli stessi sarebbero la fonte dell’energia oscura, risolvendo uno dei più grandi quesiti della cosmologia moderna. La conclusione è stata raggiunta da un team di 17 ricercatori in nove paesi, guidati dall’Università delle Hawaii.

GRAVITA’ CONTRO ENERGIA OSCURA

Negli anni ’90 si è scoperto che l’espansione dell’universo sta accelerando: tutto si sta allontanando a un ritmo sempre più veloce. Un concetto difficile da spiegare, perché l’attrazione gravitazionale tra tutti gli oggetti nell’universo dovrebbe rallentare l’espansione. Fu allora proposta la presenza di un’energia oscura, capace di separare le cose battendo la gravità. Un concetto che Einstein aveva proposto, ma che in seguito scartò: una “costante cosmologica” che si opponeva alla gravità e impediva all’universo di collassare.

Questo concetto è stato ripreso con la scoperta dell’accelerazione dell’espansione dell’universo, la cui componente principale è una sorta di energia inclusa nello spazio-tempo stesso, chiamata energia del vuoto. Questa energia allontana ulteriormente l’universo, accelerando l’espansione.
Tuttavia, i buchi neri hanno posto un problema: la loro gravità estremamente forte è difficile da contrastare, specialmente al loro centro, dove tutto sembra rompersi in un fenomeno che prende il nome di “singolarità“.

LO STUDIO

Il nuovo risultato mostra che i buchi neri guadagnano massa in un modo coerente con il loro contenuto di energia del vuoto, fornendo una fonte di energia oscura ed eliminando la necessità che si formino singolarità al loro centro. La teoria, già formulata in precedenza, è stata proposta dopo aver studiato nove miliardi di anni di evoluzione dei buchi neri, che contengono da milioni a miliardi di volte la massa del nostro Sole in uno spazio relativamente piccolo.

Le misurazioni si raggruppano attorno a k =3, il che implica che i buchi neri contengono energia del vuoto, invece di una singolarità. Credit: Farrah, et al.

I buchi neri possono aumentare di dimensioni accrescendo materia, ad esempio inghiottendo stelle che si avvicinano troppo o fondendosi con altri buchi neri. E per scoprire se questi effetti da soli potrebbero spiegare la crescita dei buchi neri supermassicci, il team ha esaminato i dati che coprono nove miliardi di anni.

I ricercatori hanno esaminato un particolare tipo di galassia ellittica gigante che si è evoluta all’inizio dell’universo e poi è diventata dormiente. Le galassie dormienti hanno finito di formare stelle, lasciando poco materiale per l’accrescimento del buco nero al loro centro, il che significa che qualsiasi ulteriore crescita non può essere spiegata da questi normali processi astrofisici.

Confrontando le osservazioni di galassie lontane (quando erano giovani) con le galassie ellittiche locali (che sono vecchie e morte) il team ha notato una crescita molto più grande di quanto previsto dall’accrescimento o dalle fusioni: i buchi neri di oggi sono 7-20 volte più grandi di quanto non fossero nove miliardi di anni fa.

ACCOPPIAMENTO 

Ulteriori misurazioni con popolazioni correlate di galassie in diversi punti dell’evoluzione dell’universo mostrano un buon accordo tra le dimensioni dell’universo e la massa dei buchi neri.
E’ la prima prova osservativa che i buchi neri contengono effettivamente energia oscura e che sono “accoppiati” all’espansione dell’universo, aumentando di massa man mano che l’universo si espande. Se ulteriori osservazioni dovessero confermermarlo, l’accoppiamento cosmologico ridefinirà la nostra comprensione di cosa sia un buco nero.

Il primo autore dello studio è Duncan Farrah, astronomo dell’Università delle Hawaii e il lavoro è pubblicato in due articoli sulle riviste The Astrophysical Journal e The Astrophysical Journal Letters.